制冷設備中壓縮機的常見現(xiàn)象-液錘

液體制冷劑和/或潤滑油隨氣體吸入壓縮機氣缸時損壞吸入閥板的現(xiàn)象,以及液體制冷劑和/或潤滑油進入氣缸后在排氣過程中沒有迅速排出的現(xiàn)象,當活塞接近上止點時,活塞被壓縮時產生的瞬時高液壓通常被稱為液錘。液錘能在很短的時間內對壓縮件(如閥板、活塞、連桿、曲軸、活塞銷等)造成損傷,是往復式壓縮機的致命殺手。減少或避免液體進入鋼瓶,可以防止液錘的發(fā)生,從而完全避免液錘的發(fā)生。
一般來說,液錘可分為兩個部分或過程。首先,當更多的液態(tài)制冷劑、潤滑油或二者的混合物以較高的速度吸入進入壓縮機氣缸時,由于液體的沖擊和不可壓縮性,會導致吸入閥板過度彎曲或斷裂;其次,當氣缸中的液體沒有蒸發(fā)和排出時隨著時間的推移被活塞壓縮,瞬間的巨大壓力會引起承載部件的變形和損壞。這些受力部件包括進排氣閥板、閥板、閥板墊片、活塞(頂)、活塞銷、連桿、曲軸、軸瓦等。
液體的密度是氣體的幾十倍甚至幾百倍,所以液體流動的動量比氣體大得多,沖擊力也大得多。當吸入液滴較多時,流動為兩相流。兩相流對吸力閥板的沖擊不僅強烈而且頻率高,就像臺風夾雜著卵石撞擊玻璃窗一樣,其破壞性不言而喻。吸入閥的斷裂是液擊的典型特征和過程之一。
如果液體沒有及時從氣缸中蒸發(fā)和排出,活塞會在接近上止點時壓縮液體。由于時間較短,壓縮液體的過程似乎受到沖擊,氣缸蓋會有金屬敲擊聲。壓縮液體是液體錘的另一部分或過程。液體打擊瞬間產生的高壓具有很大的破環(huán)性能。除了人們初熟悉的連桿彎曲甚至斷裂外,其他壓縮應力零件(閥板、閥板墊片、曲軸、活塞、活塞銷等)也會變形或損壞,但往往被忽略或與排氣壓力高混淆。當壓縮機檢修時,很容易找到彎曲或斷開的連桿并更換它,但忘記檢查其他零件是否變形或損壞,從而為以后的故障打下基礎。
液壓錘引起的連桿斷裂與抱軸、咬缸引起的連桿斷裂是有區(qū)別的。首先,由液壓錘引起的連桿彎曲或斷裂是在短時間內發(fā)生的。連桿兩端的活塞和曲軸運動自如,一般不存在嚴重磨損引起的抱軸或咬缸現(xiàn)象。雖然吸入閥的碎屑在吸入閥破裂后偶爾會在活塞和氣缸表面造成嚴重的劃痕,但表面劃痕與潤滑失效引起的磨損有很大不同。其次,液壓錘引起的連桿斷裂是由壓力引起的,連桿和短茬具有擠壓特性。雖然活塞咬住氣缸后連桿可能會斷裂和擠壓,但前提是活塞必須卡在氣缸中。固定軸后連桿的斷裂情況更是不同。連桿大端和曲軸磨損嚴重。引起斷裂的力屬于剪切力,留茬也不同。在抱軸咬缸前,電機過載,電機發(fā)熱嚴重,熱保護器動作。
一般來說,回液是指壓縮機運行時,蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑通過吸入管路返回壓縮機的現(xiàn)象或過程。
對于帶膨脹閥的制冷系統(tǒng),回液與膨脹閥的選擇和使用不當密切相關。膨脹閥選型過大、過熱度設定值過小、感溫包安裝方法不正確、保溫包損壞、膨脹閥失效等都可能引起回液。對于帶有毛細管的小型制冷系統(tǒng),過多的液體會導致液體回流。
該系統(tǒng)采用熱風除霜,容易產生液體回流。無論是四通閥用于熱泵運行還是熱氣旁路閥用于制冷運行,熱氣除霜后蒸發(fā)器內都會形成大量的液體,這些液體可能在后續(xù)制冷運行開始時返回壓縮機。
另外,當蒸發(fā)器結霜嚴重或風機故障時,傳熱變差,未蒸發(fā)的液體會導致液體回流。冷庫溫度的頻繁波動也會導致膨脹閥反應失效和回液失效。
回液引起的液錘事故多發(fā)生在風冷(風冷或風冷)半封閉式壓縮機和單級、兩級壓縮機中,由于這些壓縮機的氣缸與回氣管直接相連,一旦回液,很容易引起液錘事故。即使沒有造成液錘,進入氣缸的回流液也會稀釋或沖刷活塞和氣缸壁上的潤滑油,加劇活塞磨損。
對于回氣(制冷劑蒸汽)冷卻的半封閉和全封閉壓縮機,回液很少引起液錘。但是,曲軸箱中的潤滑油將被稀釋。含有大量液態(tài)制冷劑的潤滑油粘度低,不能在摩擦表面形成足夠的油膜,導致運動部件快速磨損。另外,潤滑油中的制冷劑在運輸過程中遇熱會沸騰,影響潤滑油的正常運輸。離泵越遠,問題就越嚴重。如果電機端軸承磨損嚴重,曲軸可能會偏向一側,容易導致定子掃線和電機燒損。
顯然,回流液不僅會引起液錘,還會稀釋潤滑油引起磨損。電動機磨損時,其負載和電流將大大增加,久而久之會導致電動機故障。
對于難以避免回液的制冷系統(tǒng),安裝氣液分離器和采用抽空停車控制可以有效地防止或減少回液的危害。
回風冷卻壓縮機啟動時,曲軸箱內的潤滑油劇烈起泡,稱為液體啟動。在油視鏡上可以清楚地觀察到液體啟動時的起泡現(xiàn)象。液體啟動的根本原因是,當壓力驟降時,大量制冷劑溶解在潤滑油中并沉入潤滑油下突然沸騰,造成潤滑油起泡現(xiàn)象。這種現(xiàn)象與人們日常生活中突然打開可樂瓶時的起泡現(xiàn)象非常相似。發(fā)泡的持續(xù)時間與制冷劑的量有關,通常為幾分鐘或更長時間。很多氣泡漂浮在機油表面,甚至充滿曲軸箱。一旦通過進氣口吸入氣缸,泡沫就會變成液體(潤滑油和制冷劑的混合物)。顯然,液體啟動引起的液錘只發(fā)生在啟動過程中。
與回油不同,導致帶液啟動的制冷劑以“制冷劑遷移”的方式進入曲軸箱。制冷劑遷移是指壓縮機停止運行時,蒸發(fā)器中的制冷劑通過回油管以氣體的形式進入壓縮機,被潤滑油吸收,或在壓縮機中冷凝后與潤滑油混合的過程或現(xiàn)象。
當壓縮機關閉時,溫度將降低,壓力將升高。由于潤滑油中制冷劑蒸汽分壓較低,會吸收油面上的制冷劑蒸汽,導致曲軸箱氣壓低于蒸發(fā)器氣壓的現(xiàn)象。油溫越低,蒸汽壓力越低,制冷劑蒸汽的吸收量越大。蒸發(fā)器中的蒸汽將緩慢“遷移”到曲軸箱。此外,如果壓縮機在室外、寒冷天氣或夜間,其溫度往往低于室內蒸發(fā)器,曲軸箱內的壓力也很低,制冷劑輸送到壓縮機后容易冷凝成潤滑油。
制冷劑遷移是一個非常緩慢的過程。壓縮機關閉的時間越長,輸送到油中的制冷劑就越多。只要蒸發(fā)器中有液態(tài)制冷劑,就會執(zhí)行此過程。因為溶解制冷劑的潤滑劑比較重,它會沉在曲軸箱的底部,漂浮在上面的潤滑劑可以吸收更多的制冷劑。
除易引起液錘外,制冷劑的遷移還會稀釋潤滑油。很薄的潤滑油被泵送到每個摩擦表面后,可能會沖掉原來的油膜,造成嚴重磨損(這種現(xiàn)象通常稱為制冷劑沖洗)。過大的磨損會增大配合間隙,造成漏油,影響遠處零件的潤滑,甚至引起油壓保護器的動作。
由于結構原因,空冷壓縮機啟動時曲軸箱壓力下降得慢得多,起泡現(xiàn)象也不是很嚴重。泡沫很難進入鋼瓶。因此,空冷壓縮機不存在液體吹出的問題。
理論上,在壓縮機上安裝曲軸箱加熱器(電加熱器)可以有效防止制冷劑的遷移。短期停機(如夜間)后,保持曲軸箱加熱器通電,可使?jié)櫥蜏囟嚷愿哂谙到y(tǒng)其它部位,不發(fā)生制冷劑遷移。在長期停機(如冬季)后,在啟動前將潤滑油加熱幾個小時或更長時間,這會使?jié)櫥椭械拇蟛糠种评鋭┱舭l(fā)。它不僅可以大大降低液體起動時產生液錘的可能性,而且還可以減少制冷劑沖洗造成的危險。但在實際應用中,加熱器在停機后很難維持供電或在啟動前10小時向加熱器供電。因此,曲軸箱加熱器的實際效果將大大降低。
對于較大的系統(tǒng),通過讓壓縮機干燥蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑(稱為排空關閉),可以從根本上避免制冷劑的遷移。安裝在回流管上的氣液分離器可以增加制冷劑的遷移阻力,減少遷移量。
當然,通過改進壓縮機結構,可以防止制冷劑的遷移,減緩潤滑油的起泡程度。通過改進回風冷卻壓縮機的回油通道,在電機室和曲軸箱的通道上加一個液位(回油泵),停機后切斷通道,制冷劑不能進入曲軸腔。減小進氣和曲軸箱之間的橫截面可以減緩發(fā)動機起動時曲軸箱的壓力降,從而控制氣泡的程度和進入氣缸的泡沫量。
半封閉式壓縮機通常有觀察油位的油視鏡。機油油位高于機油觀察窗的范圍,表明機油過多。如果油位過高,高速旋轉的曲軸和連桿大端經常會碰到油面,造成大量潤滑油飛濺。飛濺的潤滑油一旦進入進氣口進入氣缸,就可能引起液錘。
大型制冷系統(tǒng)在安裝調試過程中,經常需要適當補充潤滑油。但對于回油不良的系統(tǒng),盲目查找影響回油和補充潤滑油的根本原因是危險的。即使暫時油位不高,也要注意大量潤滑油突然回流(如除霜后)時可能造成的危險。潤滑油引起的液錘現(xiàn)象并不少見。
液錘是壓縮機常見故障之一。液錘的出現(xiàn)表明系統(tǒng)或維護中一定存在問題,需要糾正。仔細觀察和分析系統(tǒng)的設計、施工和維護,不難發(fā)現(xiàn)液錘的根本原因。與其從根本上防止液錘,不如簡單地用新的壓縮機修理或更換故障壓縮機,只會使液錘再次發(fā)生。